Terahertz-strålning kan penetrera många material - plast, Kläder, papper och några biologiska vävnader - vilket gör det till en attraktiv kandidat för applikationer som dold detektering av vapen, paketinspektion och avbildning av hudtumörer. Dock, hittills finns det ingen standardmetod för att mäta den absoluta uteffekten från terahertzlasrar, en källa till denna typ av strålning. Nu, forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) har funnit att täta grupperingar av extra långa kolnanorör absorberar nästan allt ljus med långa våglängder, och är därför lovande beläggningar för prototypdetektorer avsedda att mäta terahertz lasereffekt.

Forskningen är en del av NIST:s ansträngningar att utveckla de första referensstandarderna för kalibrering av lasrar som arbetar inom terahertz -serien, från långt infrarött vid våglängder på 100 mikrometer till kanten av mikrovågsbandet vid 1 millimeter.

"Det finns ingen mätspårbarhet för absolut effekt för terahertz-laserkällor, " NIST-projektledaren John Lehman säger. "Vi har kunder som frågar efter kalibreringarna. Denna beläggning ser hållbar ut för terahertz lasereffektdetektorer."

Beläggningen, kallas en VANTA (vertical aligned carbon nanorube array), har flera önskvärda egenskaper. Mest uppenbart, det är lätt att hantera. Nanorören är tiotals mikrometer till över en millimeter långa, så ett tätt lager syns utan mikroskop. En bit VANTA kan skäras, lyft, och bärs som en tårta, vilket gör det enkelt att överföra från en kiselyta där rören odlas till en lasereffektdetektor.

Viktigast, beläggningen är mycket mörk. NIST-teamet utvärderade tre VANTA-prover med genomsnittliga längder på 40 och 150 mikrometer och 1,5 millimeter (mm) och fann att längre rör reflekterar mindre ljus. 1,5 mm-versionen reflekterar nästan inget ljus – bara 1 procent vid en våglängd på 394 mikrometer. Detta resultat, den första utvärderingen av en VANTA:s reflektans vid denna terahertzvåglängd, indikerar att praktiskt taget allt ankommande laserljus absorberas, vilket skulle möjliggöra mycket exakta mätningar av lasereffekt.

1,5 mm VANTA absorberar mer ljus än jämförbara beläggningar som guldsvart, men det krävs mer arbete för att beräkna osäkerheter och bestämma effekter av faktorer som ljusvinkel. Projektet förlänger NIST:s långa historia inom lasereffektmätningar och Lehmans senaste framsteg inom ultramarka nanorörbeläggningar.

VANTA har också önskvärda termiska egenskaper. NIST-forskare fann att materialet absorberar och släpper värme snabbt jämfört med andra svarta beläggningar, vilket gör detektorerna mer mottagliga och snabbare att producera signaler. Annat, en beläggning som är tillräckligt tjock för att absorbera långa våglängder av ljus skulle inte effektivt överföra värme till detektorn.

Vid utveckling av förmågan för terahertz laserradiometri, NIST bygger en terahertz -laser avsedd för rutinmätningar och en detektor som kallas en termopil för att mäta laserns effekt. Denna enkla detektordesign producerar en spänning när värme appliceras på en korsning av två olika metaller. NIST-forskare använde VANTA för att belägga en prototyp av termostapel. Ytterligare forskning planeras för att designa detektorer som kan användas som referensstandarder.